佛山兴迪源机械资讯详情

塑性工程学报:基于冲击液压胀形试验及遗传算法构建薄壁管动态塑性本构关系

2022-03-08

【作 者】李玉寒;徐波;刘建伟

塑性本构关系不仅影响着金属薄壁管成形件的质量和精度,更是对薄壁管塑性成形过程进行数值模拟的前提条件,因此探明准确的管坏塑性本构关系具有重要意义。

要构建薄壁管塑性本构关系,必须获取胀形轮廓中的轴向曲率半径ρψ和周向曲率半径ρΖ

YANGLF等基于薄壁管液压试验与理论解析相结合建立了流动应力方程,但该方法采用离线测量获取胀形数据,测量任务繁重、精度较低。为降低测量难度,STRANO M等假设管材胀形区的轮廓形状为余弦函数,提出了基于最小能量法计算ρψ从而确定管材应力应变关系的方法;ZRIBI T等通过假设管材胀形轮廊形状为椭圆曲线,在管材胀形过程中测量胀形时的内压力、最大胀形高度及最高点的壁厚,并利用Hill正交各向异性理论确定管材的等效应力、等效应变;AGUIR H等和OUDEAU N等分别假设管材液压胀形轮廊形状为余弦曲线和圆弧,利用几何关系推导得到ρψ,再利用塑性成形理论确定管材本构关系,以上方法采用假设轮廓形状完成曲率半径的计算,但其轮廊形状误差必将影响后续计算精度。LIU J W等和王宁华等提出了基于数字散斑相关法确定金属薄壁管胀形轮廊曲线方程的方法,并用于轴向和周向曲率半径的求解。但是,截至目前,金属薄壁管本构关系均是在低应变率的液压胀形条件下构建的,难以适应冲击载荷作用下金属薄壁管的塑性变形。

为此,本文拟对真实冲击液压载荷作用下金属薄壁管的动态塑性本构关系展开研究。首先,分析薄壁管的受力模型,然后对单个管件进行连续的冲击液压成形试验,并利用高速三维散斑应变测量系统对薄壁管变形数据进行在线实时采集,运用遗传算法求解本构关系参数,最后对薄壁管进行有限元模拟,验证此方法获取薄壁管本构关系的精度。

【结 论】

(1)从薄壁管应力一应变曲线可以看出,遗传算法的计算结果与一般线性回归法的计算结果趋势大致相同,但是遗传算法得出的强度系数和硬化指数明显高于线性回归法的计算结果,说明利用遗传算法求解动态塑性本构方程系数更能反映出材料的应变率敏感效应。

(2)根据验证结果,线性回归法确定的本构模型误差均大于遗传算法确定的本构模型的误差,表明遗传算法具有稳定且快速收敛的优点,能够在变量空间中找出包含最优解和极值的单峰值区域并搜索最优解,在拟合复杂目标函数时具有明显优势。

(3)根据模拟结果的最大胀形高度与试验的结果对比,可以定量地得出Johnson-Cook本构模型最小误差仅为6.85%,说明Johnson-Cook本构模型适合描述管材冲击液压胀形时的塑性本构关系。

(4)随着冲击速度的提高,仿真结果的误差逐渐减小,表明本文确定的动态塑性本构关系适应于冲击速度较大的管材液压成形。

以下是正文:

 

18923114077(微信同号)